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滲流力
鎖定
水在土體中流動時,將會引起水頭的損失。而這種水頭損失是由於水在土體孔隙中流動時,力圖拖曳土粒而消耗能量的結果。自然,水流在拖曳土粒時將給予土粒以某種拖曳力,將滲透水流施於單位土體內土粒上的拖曳力稱為滲流力。
滲流力所引起的滲透破壞問題主要有兩大類,分別為局部穩定問題和整體穩定問題。局部穩定問題主要表現為流土和管湧,整體穩定問題表現為岸坡滑動或擋土牆等構築物的整體失穩。
- 中文名
- 滲流力
- 外文名
- seepageforce
- 產生原因
- 水頭損失
- 危 害
- 流土、管湧及整體失穩
滲流力定義
水在土體中流動時,將會引起水頭的損失。而這種水頭損失是由於水在土體孔隙中流動時,力圖拖曳土粒而消耗能量的結果。自然,水流在拖曳土粒時將給予土粒以某種拖曳力,將滲透水流施於單位土體內土粒上的拖曳力稱為滲流力。
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由下面的流土試驗來更好地理解滲流力。
滲流力流土試驗
圖中圓筒形容器A的細篩上裝有均勻的砂土,其厚度為L,容器頂緣高出砂面,細篩底部用一根管子與貯水器B相連,當貯水器的水面與容器A的水面保持齊平時,則無滲流發生。若將貯水器B逐級提升,則由於水位差的存在,貯水器B內的水就從底部透過砂層從容器A的頂緣不斷溢出,滲透水流的速度也愈來愈快。當貯水器B提升到某一高度時,就可以明顯地看到滲水翻騰並挾帶着砂子向A湧出,這一現象稱為滲透變形。產生這一現象的原因可解釋如下。
設試樣的截面積為A,若試樣滲流進口(ab面)與出口(cd面)兩測壓管是水面髙差為h,水從ab面流過L厚的試樣到達cd面時,因為要克服整個試樣內砂粒對水流的阻力,總水壓力便損失了
,其中
為水的重度。一般而言,土中滲流速度極小,流動水體的慣性力可以忽略不計。按照牛頓第三定律,滲流作用於試樣的總滲透力J應和試樣中砂粒對水流的阻力大小相等方向相反,即有:
所以作用於單位體積土體的滲透力應為:
從上式可知,滲透力是一種體積力,其量綱與
相同。滲透力的大小和水力梯度成正比,其方向與滲流方向相一致。
從上述分析結果可知,在有滲流的情況下,由於滲流力的存在,將使土體內部受力情況(包括大小和方向)發生變化。一般地説,這種變化對土體的整體穩定是不利的,但是,對於滲流中的具體部位應作具體分析。例如,對於右圖中的1點,由於滲流力方向與 重力一致,滲流力促使土體壓密、強度提高,對穩定起着有利的作用;2,3兩點的滲流力方向與重力近乎正交,使土粒有向下遊方向移動的趨勢,對穩定是不利的;4點的滲流力方向與重力相反,對穩定最為不利,特別當向上的滲流力大於土體的有效重量時,土粒將被水流衝出,造成流土破壞,如不及時加以防治,將會引起整個建築物的失事。
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滲流力滲流力的危害
滲透不可避免地將引起土體內部應力狀態的變化,從而改變建築物基礎的穩定條件。因此,對於土工建築物來説,如何確保在有滲流作用時的穩定性是非常重要的。滲流所引起的滲透破壞問題主要有兩大類。